Лабораторія молекулярної біології створена у 2006 р., у її складі працюють доктор наук і 2 кандидати наук.
Лабораторію було створено з огляду на відкриття молекулярних засад впливу гіпоксії на клітину і необхідність висвітлення молекулярних механізмів адаптивних та патологічних процесів, які розвиваються в організмі людини та тварин у відповідь на гіпоксичні впливи. Протягом діяльності лабораторії напрями роботи були пов’язані з вивченням новітніх молекулярних механізмів структурної перебудови (ремоделювання тканин) та метаболічної адаптації клітин і цілісного організму при різних режимах гіпоксії, в нормі та при патологічних процесах, в експериментальних та клінічних дослідженнях.
Експериментальні дослідження проводяться in vivo на лабораторних тваринах, а також in vitro на органах і тканинах (міокард, легені, печінка, скелетний м’яз), ізольованому серці, клітинах крові та імунної системи, органелах (мітохондрії), молекулах (транскрипційні фактори, білки, ліпіди, ДНК, мРНК, мікроРНК).
Клінічні дослідження виконуються в умовах лікарських та спортивних установ, а також високогірних експедицій, де проводяться дослідження молекулярних чинників структурної, функціональної та метаболічної перебудови при гіпоксії різного генезу у здорової людини, за екстремальних умов, при старінні та у хворих із найпоширенішими захворюваннями (серцево-судинні, ендокринні, нейродегенеративні, респіраторні, алергічні тощо).
Протягом 2015–2019 рр. у лабораторії проводилися дослідження молекулярних механізмів динаміки метаболічної адаптації та деадаптації до гіпоксичних впливів. Розроблено теоретичні положення концепції метаболічної адаптації до гіпоксії, підходів до немедикаментозних методів профілактики і корекції серцево-судинної патології та метаболічних розладів.
Встановлено, що метаболічна адаптація до гіпоксії опосередковується через послідовні зміни експресії метаболічних генів та білків, зокрема IGF-1, лептину, AMPK, SREBP-1. Гострий період адаптації супроводжується активацією стрес-реактивних та метаболічних генів, спрямованих на споживання вуглеводних енергетичних субстратів, що супроводжується метаболічним обмеженням витрат енергії.
Перехідний період характеризується супресією стрес-реактивних генів та індукцією метаболічних генів, спрямованих на споживання ліпідних субстратів, відновлення клітинних структур, активацію енергетичного метаболізму, синтетичних процесів та обміну проміжних клітинних метаболітів.
Розвиток повної адаптації до високогірної гіпоксії характеризується формуванням нового патерну енергетичного, вуглеводного та ліпідного метаболізму, який підтримує стало посилене функціонування кардіореспіраторної системи, зміни системи крові, нутрітивне забезпечення та метаболізм основних субстратів.
У гострому періоді деадаптації відтворюються неспецифічні стресорні перетворення метаболізму, проте тривалі механізми мають специфічні особливості, які можуть бути використані з метою таргетної терапії метаболічних порушень.
На основі встановлених феноменів метаболічних адаптивних перетворень при гіпоксії одним з основних напрямків наукових досліджень лабораторії стало вивчення впливу гіпоксичної індукції захисних генів на порушення метаболізму у людини та тварин.
При експериментальному відтворенні цукрового діабету 1 і 2 типу та у пацієнтів із метаболічним синдромом встановлюються взаємозв’язки експресії регуляторних факторів, стану метаболізму та їх залежність від впливу гіпоксичних режимів.
Виявлено тканиноспецифічну участь регуляторних білків апеліну, AMPK, SREBP-1, лептину, IGF-1, p53 у реалізації захисних механізмів впливу гіпоксії при діабеті.
Досліджується регуляторна роль мікроРНК у забезпеченні динамічних змін гіпоксичної індукції/супресії генів-регуляторів, зокрема мікроРНК-1/IGF-1-залежні механізми метаболічного пристосування тканин, участь мікроРНК-34а та -320 у процесах цитопротекції.
Прикладний напрямок досліджень лабораторії спрямований на створення засад охорони здоров’я людини в екстремальних умовах та патогенетичної терапії гіпоксичних і метаболічних порушень на підставі таргетної індукції генів.
На підставі результатів експериментальних досліджень, спільно з відділом фізіології та патофізіології екстремальних станів МЦ АМЕД НАН України, клінічних досліджень мешканців середньогір’я та рівнини, здорових осіб та хворих на цукровий діабет 1 типу і метаболічний синдром, розроблено режими корегуючого впливу гіпоксії на показники вуглеводного та ліпідного метаболізму при метаболічних порушеннях (цукровий діабет 1 та 2 типу, дисліпідемія).
На підставі цих розробок проведено клінічні випробування режимів гіпокситерапії за допомогою застосування нормоксично-гіпоксичних та гіпероксично-гіпоксичних гіпоксикаторів у клініці ДУ «Інститут геронтології ім. Д.Ф. Чеботарьова НАМН України» спільно з відділом гіпоксії Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України.
У здорових людей та хворих середнього і похилого віку з метаболічним синдромом встановлено зміни експресії транскрипційного фактора HIF-1 і його генів-мішеней PDK, INSR, SLC2 у динаміці гіпоксичного впливу.
Результати цих та попередніх досліджень засвідчують фазовий характер змін експресії метаболічних генів у динаміці гіпоксичного впливу, корегуючий вплив визначених режимів гіпоксії на показники вуглеводного і ліпідного обміну при предіабеті, цукровому діабеті легкого ступеня та метаболічному синдромі.
Найважливіші публікації останніх років
Портніченко А.Г., Василенко М.І., Гарматіна О.Ю., Древицька Т.І., Портніченко В.І. Прекондиціювання міокарда: нові підходи та молекулярні механізми: монографія / за ред. А.Г. Портніченко. — Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України, МЦ АМЕД НАН України. — Київ: Знання України, 2019. — 271 с.
Serebrovska T.V., Portnichenko A.G., Portnichenko V.I., Xi L., Egorov E., Antoniuk-Shcheglova I., Naskalova S., Shatylo V.B. Effects of intermittent hypoxia training on leukocyte pyruvate dehydrogenase kinase 1 (PDK-1) mRNA expression and blood insulin level in prediabetes patients. Eur J Appl Physiol. 2019 Mar;119(3):813–823. doi: 10.1007/s00421-019-04072-2. IF 3.02, Q1.
Kurhaluk N., Lukash O., Nosar V., Portnichenko A., Portnichenko V., Wszedybyl-Winklewska M., Winklewski P.J. Liver mitochondrial respiratory plasticity and oxygen uptake evoked by cobalt chloride in rats with low and high resistance to extreme hypobaric hypoxia. Can J Physiol Pharmacol. 2019 May;97(5):392–399. doi: 10.1139/cjpp-2018-0642. IF 2.210, Q2.
Serebrovska T.V., Portnichenko A.G., Drevytska T.I., Portnichenko V.I., Xi L., Egorov E., Gavalko A.V., Naskalova S., Chizhova V., Shatylo V.B. Intermittent hypoxia training in prediabetes patients: beneficial effects on glucose homeostasis, hypoxia tolerance and gene expression. Exp Biol Med (Maywood). 2017 Sep;242(15):1542–1552. doi: 10.1177/1535370217723578. IF 2.68, Q1.
Портніченко А.Г., Василенко М.І., Лапікова-Бригінська Т.Ю., Носар В.І., Колчева М.Г., Бабічева В.В., Портніченко В.І. Нові механізми ступінчастої адаптації до гіпоксії // Патологія, реабілітація, адаптація. — 2017. — 15(1). — С. 33–41.
Портніченко В.І., Колєснікова Є.Е., Носар В.І., Колчєва М.Г., Цапенко П.К., Сидоренко А.М., Маньковська І.М., Портніченко А.Г. Зміни патерну дихання і киснезалежної частини енергетичного метаболізму при моделюванні первинної гіпоксії // Патологія, реабілітація, адаптація. — 2017. — 15(3). — С. 140–148.
Sosnovsky V.V., Pastukhova V.A., Portnichenko V.I., Filippov M.M., Ilyin V.M. Effects of medium-height mountain training on the functional abilities and physical fitness of middle-distance runners. J Phys Ed Sport (JPES). 2019;19(4):2379–2383. PDF-file IF 1.345, Q3.